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[科普中國]-相速度

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簡介

對于電場為 的電磁波,其恒定相位點為 常數(shù),相速度應為 。這里β為相位常數(shù),下標p表示為相速度。相速度可以與頻率有關,也可以與頻率無關,取決于相位常數(shù)β。在理想介質中,與角頻率成線性關系,于是是一個與頻率無關的常數(shù),因此理想介質是非色散的。然而,在色散媒質(如導電媒質)中,相位常數(shù)β不再與角頻率成線性關系,電磁波的相速度隨頻率改變,產生色散現(xiàn)象。1

相速度與群速度

無線電波在介質中傳播時,如果該介質的介電常數(shù)ε與頻率無關,波的傳播速度也與頻率無關,這種介質稱為非色散介質;與此相反,如果介質的ε或傳播速度v與頻率有關,則稱為色散介質。

單色波傳播速度的公式是從等相面的傳播導出的,因此稱為相速。

相速度:單一頻率的正弦電磁波波的等相面(例如波峰面或波谷面)在介質中傳播的速度v=c/n,c為自由空間中的光速,n為介質對該頻率電磁波的折射指數(shù)。

實用系統(tǒng)的信號總是由許多頻率分量組成,在色散介質中,各單色分量將以不同的相速傳播,因此要確定信號在色散介質中的傳播速度就發(fā)生困難,為此引入群速的概念,它描述信號的能量傳播速度。對于電離層(地球大氣由下往上分為對流層、平流層、電離層、磁層),因折射指數(shù)n〈1,所以無線電波的相速度大于光速c,這一結論和相對論的理論并不矛盾,因為相速度只代表相位變化的快慢,并不代表電磁波能量的真正傳播速度。群速則總小于自由空間的光速c。

群速度:許多不同頻率的正弦電磁波的合成信號在介質中傳播的速度。不同頻率正弦波的振幅和相位不同,在色散介質中,相速不同,故在不同的空間位置上的合成信號形狀會發(fā)生變化。群速是包絡波上任一恒定相位點的推進速度,是一個代表能量的傳播速度。

群速度與相速度關系及色散情況分析

群速度與相速度關系及色散情況分析可參考群速度。